纳米铁磁性粒子物理特性综述【文献综述】

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1、毕业论文文献综述应用物理学纳米铁磁性粒子物理特性综述1.研究历史1.1纳米粒子的性质纳米粒子是指粒度在1—lOOrnn之间的粒子(纳米粒子乂称超细微粒)。属于胶体粒子大小的范畴。它们处于原子簇和宏观物体之间的过度区，处于微观体系和宏观体系之间，是由数目不多的原子或分子组成的集团，因此它们既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统。可以预见，纳米粒子应具有一些新异的物理化学特性。纳米粒子区别于宏观物体结构的特点是，它表面积占很大比重，而表面原子既无长程序乂无短程序的非晶层。可以认为纳米粒子表面原子的状态更接近气态，而粒子内部的原子可能呈有序的排列。即使如此，由于粒径小，表面曲率大，内部产生很高的Gi

2、libs压力，能导致内部结构的某种变形。纳米粒子的这种结构特征使它具有下列四个方面的效应。1•体积效应2.表面效应3.量子尺寸效应4.宏观量子隧道效应1.2纳米粒子的应用纳米粒子表面活化中心多，这就提供了纳米粒子做催化剂的必要条件。目前，用纳米粒子进行催化反应可以直接用纳米微粒如钠黑、银、氧化铝、氧化铁等在高分子聚合物氧化、还原及合成反应屮做催化剂，可大大提高反应效率，利用纳米鎳粉作为火箭固体燃料反应触媒，燃烧效率可提高100倍；催化反应还表现出选择性，如用硅载体鎳催化剂对丙醛的氧化反应表明，鎳粒径在5mn以下时选择性急剧变化，醛分解得到控制，生成酒精的选择性急剧上升。在磁性材料方而有许多应

3、用，例如：可以用纳米粒子作为永久磁体材料，磁记录材料和磁流体材料。1.3铁磁性，是指物质中相邻原了或离子的磁矩由于它们的相互作用而在某些区域中大致按同一方向排列，当所施加的磁场强度增大时，这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加到某一极限值的现象。因为铁是具有铁磁性物质中最常见也是最典型的。彩(Samarium),钱(neodymium)与钻的合金常被用來制造强磁铁。铁磁理论的奠基者，法国物理学家P.・E.外斯于1907年提出了铁磁现象的唯象理论。他假定铁磁体内部存在强大的“分子场"，即使无外磁场，也能使内部自发地磁化；自发磁化的小区域称为磁畴，每个磁畴的磁化均达到磁饱和。实验表明，磁畴磁矩起

4、因于电子的自旋磁矩。1928年W.K.海森伯首先用量子力学方法计算了铁磁体的自发磁化强度，给予外斯的“分子场"以量子力学解释。1930年F.布洛赫提出了自旋波理论。海森伯和布洛赫的铁磁理论认为铁磁性来源于不配对的电子自旋的直接交换作用。即磁畴内每个原子的未配对电子自旋倾向于平行排列。因此，在磁畴内磁性是非常强的，但材料整体可能并不体现出强磁性，因为不同磁畴的磁性取向可能是随机排列的。如果我们外加一个微小磁场，比如螺线管的磁场会使本来随机排列的磁畴取向一致，这时我们说材料被磁化⑴。材料被磁化后，将得到很强的磁场,这就是电磁铁的物理原理。铁磁性当外加磁场去掉后，材料仍会剩余一些磁场，或者说材料”

5、记忆”了它们被磁化的历史。这种现象叫作剩磁，所谓永磁体就是被磁化后，剩磁很大。当温度很高时，由于无规则热运动的增强，磁性会消失，这个临界温度叫居里温度(Curietemperature)o如果我们考察铁磁材料在外加磁场下的机械响应，会发现在外加磁场方向，材料的长度会发生微小的改变，这种性质叫作磁致伸缩(magnetostriction)o铁磁质的自发磁化：铁磁现象虽然发现很早，然而这些现象的木质原因和规律，还是在上世纪初才开始认识的。1907年法国科学家外斯系统地提出了铁磁性假说，其主要内容有：铁磁物质内部存在很强的“分子场”，在“分子场”的作用下，原子磁矩趋于同向平行排列，即自发磁化至饱和

6、，称为自发磁化；铁磁体自发磁化分成若干个小区域(这种自发磁化至饱和的小区域称为磁畴)，由于各个区域(磁畴)的磁化方向各不相同，其磁性彼此相互抵消，所以大块铁磁体对外不显示磁性。外斯的假说取得了很大成功，实验证明了它的正确性，并在此基础上发展了现代的铁磁性理论。在分子场假说的基础上，发展了自发磁化（spontaneousmagnetization）理论，解释了铁磁性的本质；在磁畴假说的基础上发展了技术磁化理论，解释了铁磁体在磁场中的行为。铁磁性铁磁性材料的磁性是自发产牛的。所谓磁化过程（乂称感磁或充磁）只不过是把物质本身的磁性显示岀来，而不是由外界向物质提供磁性的过程。实验证明，铁磁质自发磁化

7、的根源是原子（正离子）磁矩，而且在原子磁矩中起主要作用的是电子自旋磁矩。与原子顺磁性一样,在原子的屯子壳层屮存在没有被屯子填满的状态是产生铁磁性的必要条件。例如铁的3d状态有四个空位，钻的3d状态有三个空位，谋的3d态有二个空位。如果使充填的电子自旋磁矩按同向排列起来，将会得到较大磁矩，理论上铁有4yB,钻有3pB,银有2yB。可是对另一些过渡族元素，如镭在3d态上有五个空位，若同向排列，则它们自旋磁矩的应是